支持并发的第一个处理器提供原子的测试并设定操作，通常在单位上运行这项操作。现在的处理器（包括 Intel 和 Sparc 处理器）使用的最通用的方法是实现名为 比较并转换或 CAS 的原语。（在 Intel 处理器中，比较并交换通过指令的 cmpxchg 系列实现。PowerPC 处理器有一对名为“载入并保留”和“条件存储”的指令，它们实现相同的目地；MIPS 与 PowerPC 处理器相似，除了第一个指令称为“载入连结”。）

CAS 操作包含三个运算元 —— 记忆体位置（V）、预期原值（A）和新值(B)。如果记忆体位置的值与预期原值相匹配，那幺处理器会自动将该位置值更新为新值。否则，处理器不做任何操作。无论哪种情况，它都会在 CAS 指令之前返回该位置的值。（在 CAS 的一些特殊情况下将仅返回 CAS 是否成功，而不提取当前值。）CAS 有效地说明了“我认为位置 V 应该包含值 A；如果包含该值，则将 B 放到这个位置；否则，不要更改该位置，只告诉我这个位置现在的值即可。”

通常将 CAS 用于同步的方式是从地址 V 读取值 A，执行多步计算来获得新值 B，然后使用 CAS 将 V 的值从 A 改为 B。如果 V 处的值尚未更改，则 CAS 操作成功。

类似于 CAS 的指令允许算法执行读-修改-写操作，而无需害怕其他执行绪修改变数，因为如果其他执行绪修改变数，那幺 CAS 会检测它（并失败），算法可以对该操作重新计算。清单 3 说明了 CAS 操作的行为（而不是性能特徵）， CAS 的价值是它可以在硬体中实现，并且是极轻量级的（在大多数处理器中）。

在JDK1.5之后，Java程式中才可以使用CAS操作，该操作由sun.misc.Unsafe类里面的compareAndSwapInt()和compareAndSwapLong()等几个方法包装提供，虚拟机在内部对这些方法做了特殊处理，即时编译出来的结果就是一条平台相关的处理器CAS指令，没有方法调用的过程，或者可以认为是无条件内联进去了。

由于Unsafe类不是提供给用户提供调用的类（Unsafe.getUnsafe()的代码中限制了只有启动类载入器（Bootstrap ClassLoader）载入的Class才能访问它），，如果不採用反射手段，我们只能通过其他的Java API来间接使用它，如J.U.C包里面的整数原子类，其中的 compareAndSet()和 getAndIncrement()等方法都使用了 Unsafe 类的 CAS 操作。